梁式桥地震碰撞响应及防碰撞与落梁措施研究进展

简述了地震中观察到的桥梁结构地震碰撞现象,以及已经发展的各种模拟地震碰撞现象的理论分析模型.在此基础上,对桥梁碰撞反应发生机理、碰撞对结构构件抗震能力的影响以及有关防止碰撞发生及防止落梁的有效措施等方面的研究进展进行了回顾和总结.展望了有待进一步研究的问题,包括开展大比例尺的实桥模型地震碰撞试验研究、空间地震动对长跨梁...     

高架桥梁的地震碰撞和落梁分析及其控制

高架桥梁是城市交通网络的连接枢纽,在国内外历次大地震下高架桥梁都遭受了严重破坏。本文针对高架桥梁在地震作用下的碰撞和落梁,阐述了一维纵向碰撞以及扭转碰撞分析中所涉及的相关问题,并针对高架桥梁碰撞的磁流变阻尼器(MR)半主动控制以及采用形状记忆合金(SMA)限位器的落梁控制进行了研究。     

地震作用下高墩连续T形梁桥梁端碰撞分析

针对高墩连续梁桥伸缩缝位置处的碰撞现象,建立考虑单边碰撞空间有限元简化分析模型,采用非线性时程分析方法研究了高墩连续梁桥伸缩缝处碰撞发生的规律.总结了梁端碰撞发生时各个桥墩、台位置处梁墩相对位移及墩底内力的变化规律,以及影响梁端碰撞的因素.研究成果对同类型桥梁抗震设计时具有一定的参考价值.     

双向地震作用下互通式斜交桥梁地震响应及碰撞效应分析

斜交桥梁由于其不规则的结构形式使其受力规律与规则桥梁相比具有特殊性和复杂性,在地震作用下梁体的平动与转动存在弯扭耦合效应,导致结构动力响应分析复杂。针对斜交桥梁的结构特点,建立包含桩土相互作用的三维有限元模型,在考虑水平双向地震作用下,采用反应谱法及时程分析法对京包高速公路某互通式斜交桥梁进行地震反应分析。结果表明:互通式简支斜交桥梁的地震响应受地震动输入方向的影响较大,在考虑碰撞效应后,碰撞涉及结构部位的地震位移显著增加,地震内力也出现较大差异,即说明在斜交桥梁抗震设计时有必要适当考虑地震动输入方向和梁端与墩台及相邻梁端的碰撞效应。     

地震作用下公路桥梁碰撞的半主动控制研究

针对地震作用下公路桥梁的碰撞问题,采用接触单元法模拟桥梁之间的碰撞作用,并在此基础上研究了采用磁流变阻尼器的公路桥梁碰撞的半主动控制方法。通过对某公路桥梁的数值模拟发现,地震作用下桥梁之间的相互碰撞,将大幅增加桥梁的绝对加速度响应。采用磁流变阻尼器的半主动控制系统能够较好地降低结构的地震响应和消除地震作用下的碰撞。     

可替换式桥梁横向防落梁限位装置抗震性能研究

针对目前桥梁结构横向防落梁限位装置损毁后修复困难的问题,提出一种新型的带可更换耗能段的桥梁横向防落梁限位装置。分别以可更换耗能段的腹板厚度、腹板高度及安装位置等为参数,采用有限元软件ABAQUS建立了10个不同参数的装置模型并对其开展拟静力仿真试验,探讨其工作机理,验证其可更换的设计思想并剖析其破坏机理,研究各参数对装置滞回曲线、承载力、延性和耗能能力的影响规律。结果表明:该装置可通过先可更换耗能段破坏再竖板破坏达到多道设防和分级耗能的目的,且整个加载过程中装置的滞回曲线饱满、稳定、无明显捏拢,表现出良好的耗能能力;随着可更换耗能段腹板厚度的增加,装置屈服承载力、极限承载力、屈服位移、极限位移以及延性系数逐渐增大,耗能能力逐渐增强;可更换耗能段高度对装置屈服承载力影响不显著;随着可更换耗能段高度的增加,装置极限承载力逐渐增大,装置屈服位移先增大后减小,装置极限位移整体呈下降趋势,装置的延性系数和耗能能力逐渐减小;可更换耗能段的安装高度对装置屈服承载力和耗能能力的影响无统一规律,但与装置的屈服位移、极限位移及延性系数成负相关。基于本析结果,建议装置在满足承载力要求的前提下,应尽量选取可更换耗能段腹板厚度较厚、高度较小和安装位置较低的参数进行设计。     

空间多点地震作用下桥梁结构碰撞响应振动台试验研究

地震造成的桥梁上部结构碰撞及落梁破坏在历次大地震中基本都能观察到,以往的研究大多数局限于地震作用下桥梁碰撞响应的数值模拟研究,相关的试验研究还不多。此外,这些研究中也少有考虑空间多维多点地震动作用引起的桥梁上部结构更大的异向振动。本文采用振动台台阵系统,对空间多维多点地震作用下相邻桥梁结构碰撞响应进行试验研究。试验设计制作了几何缩尺比为1∶6的桥梁模型,研究比较了空间多点激励以及摇摆基础与固定基础两种基础形式对试验模型地震碰撞响应的影响。介绍了试验模型的设计制作、传感器布置,给出了试验结果及模型桥梁碰撞破坏情况。试验结果表明,地震动的空间变异性不能忽视,较大的碰撞力会引起桥梁伸缩缝处混凝土严重的局部破坏,相比于固定基础,摇摆基础能有效降低墩的破坏程度,但提高了上部结构的碰撞及落梁风险。     

地震序列作用下桥梁结构的响应及抗震措施

地震具有丛集的特征,主震发生之后通常伴随余震,主震震级越高,余震对结构的破坏越大。桥梁结构作为生命线工程中的重要一环,应在整个地震序列发生时确保通行。选用集集地震序列时程数据,对桥梁进行地震响应分析,发现结构在主震作用下,主梁发生落座,余震作用下有落梁的可能。结合国内外现有的连梁装置设计方法对结构布设抗震措施,并与初始结构的地震响应作对比,结果显示,连梁装置可有效抑制桥梁上、下部结构相对位移,提高结构抗推能力与整体性。因边墩负荷增大,主震激励下边墩发生了塑性破坏,余震序列作用下结构仍保安全。分析结构地震序列作用下的抗震性能,以保证结构在地震时的通行能力,这是非常必要的。     

防落梁油阻尼器设计及工程应用研究

应用一款自主设计的油阻尼器进行了力学性能及简支梁桥减振试验研究。通过用FCS-250k N电液伺服控制作动器对油阻尼器进行加载试验,得出油阻尼器阻尼系数等参数。试验结果表明,本试验所用油阻尼器具有十分理想的速度相关特性,F-V图形在一定工作速度范围内呈线性关系,且具有良好的滞回性能。经过与典型实际桥梁的质量、刚度、频率以及初始阻尼比的组合计算,典型公路、铁路简支梁桥安装本油阻尼器后,在线弹性阶段可实现结构总体阻尼比在5%—20%之间可调;在强地震作用下,可实现梁体滑移限位,避免落梁,确保强地震后桥梁的可通行性。因此,油阻尼器在我国中小型简支梁桥抗震方向具有很大的发展前景。     

城市桥梁粘滞阻尼器防地震碰撞分析与参数设计

研究了粘滞阻尼器防止城市梁桥地震碰撞反应的效果并提出了其参数设计方法。分析了线性粘滞阻尼器与非线性粘滞阻尼器阻尼系数的等效关系。运用随机振动理论与随机等效线性化理论建立了邻联间安装粘滞阻尼器后最大相对位移及墩顶最大位移的计算方法。以控制邻联最大相对位移小于实际间隙为目标,提出了防碰撞粘滞阻尼器参数设计方法。对1座4跨隔震连续梁桥进行了仿真分析,结果表明:粘滞阻尼器能有效抑制邻联的碰撞反应且不会显著增大桥墩的延性需求。在相同阻尼系数的情况下,粘滞阻尼器的速度指数越小,其防碰撞效果越好。利用人工波进行的时程分析结果验证了参数设计方法的可行性。     

城市桥梁地震碰撞反应研究与发展

地震时城市桥梁会因邻跨之间的碰撞而发生灾害.本文从桥梁碰撞的模拟模型、发生条件、影响因素、碰撞对桥梁抗震性能的影响以及防止碰撞的措施等方面,对国内外有关城市桥梁碰撞地震反应研究的成果进行了系统的总结和分析,得出以下结论：桥梁碰撞是多因素共同作用所导致的,并使得桥梁的地震反应更加复杂、呈现非线性;要准确评价桥梁地震碰撞反应需要建立更精确的模拟模型;选择合理的邻跨间距和支座宽度以及安装合适的消能减震装置,可有效地减小桥梁的地震碰撞反应.     

纵向地震作用下通航渡槽碰撞特征研究

通航渡槽与升船机是过坝的快速通道。通航渡槽具有墩高由高到低连续变化、升船机与相邻高墩区渡槽基本周期差异大的结构特点,属于地震下激烈碰撞易发结构。基于有限元模型,对通航渡槽进行碰撞特征、控制因素以及地震响应影响研究。研究结果表明:渡槽与升船机周期差异大是造成剧烈碰撞的主要因素,且此碰撞有明显的传递效应;具有大位移的高墩在相邻渡槽跨周期差异不大时也会造成剧烈的碰撞,是碰撞的另一主要控制因素;有别于桥梁结构中碰撞通常限制墩的位移,通航渡槽中靠近升船机的剧烈碰撞区域,出现了明显的槽墩位移放大现象;碰撞对支座剪力影响程度远大于墩底剪力、弯矩。     

地震作用下简支梁桥非线性碰撞分析

采用能量原理建立了能考虑梁薄壁特性的桥梁上部结构梁段单元动力分析模型,利用非线性接触单元Kelvin碰撞模型,考虑非线性支座的滞回特性(采用W en模型),选择适合不同场地条件的地震波,以京港澳高速公路孟姜女河桥(3跨简支梁桥)为例,进行了桥梁结构纵向碰撞非线性地震响应分析。计算结果表明,随着地震波强度的增加,桥梁上部结构碰撞次数明显增加,结构响应峰值均有所增大;跨间碰撞发生对地震响应值影响较大;伸缩缝间距大小及各跨长度比变化对跨间碰撞效应影响很大;结构碰撞响应对输入地震波具有较强的频谱敏感性;桥梁碰撞计算时桥台铅芯橡胶支座不能简单按简支约束处理。所得结论可供桥梁抗震设计参考。     

多维地震输入下曲线匝道桥梁伸缩缝碰撞响应

针对曲线匝道桥梁伸缩缝地震碰撞破坏现象,依托某市多层互通式立交体系中一座独立、单支、多联、曲线、箱梁匝道桥,用Kelvin接触单元模拟了伸缩缝处地震和碰撞效应,建立了全桥空间动力分析模型。利用非线性时程分析法,分别输入单维(X方向、Y方向)和多维共8种地震动工况,分析了曲线匝道桥梁伸缩缝的地震碰撞响应差异。结果表明:曲线匝道桥梁由于曲率的影响,不同方向地震动响应存在耦合效应,其伸缩缝碰撞响应的最不利值应考虑多维地震输入工况,并用碰撞力和碰撞位移双指标控制伸缩缝的地震碰撞响应。     

人字桥梁多维地震作用下振动台试验研究

设计制作一座人字曲线桥模型,进行了多维输入的振动台试验,分析了结构在地震作用下的震害现象,并探讨了多维输入下的地震响应特点。结果表明:人字曲线桥梁梁体和桥墩主要表现为以弯曲裂缝为主的破坏模式,竖向输入是梁跨中裂缝出现的主要原因,桥墩裂缝主要受水平输入的影响。梁跨中加速度响应受竖向输入影响最大,墩顶纵桥向加速度响应受竖向输入分量影响并不显著。单维竖向输入降低墩体竖向加速度响应,三向输入则加大墩体竖向加速度响应;对于人字桥梁伸缩缝宽度设置,分支直梁处可只考虑纵桥向地震输入,分支曲梁处则要考虑水平双向地震输入。     

地震作用下可分离接触面研究综述

可分离接触面在地震中起重要作用，并且是一个尚未充分研究的领域。叙述了目前国内外关于可分离接触面的研究方法(线性化方法、数值分析法、接触面层法、修正法)及研究现状，指出，应不断完善无分离接触面的研究。     

双向地震作用下高铁FPS隔震简支梁桥纵向地震碰撞反应研究

为了准确分析FPS隔震桥梁的纵向地震碰撞反应,针对一典型3跨FPS隔震简支梁桥,建立了考虑FPS双向耦合效应和梁缝处三维碰撞效应的非线性动力计算模型,分析双向地震作用下FPS隔震简支梁桥纵向地震碰撞反应;研究支座半径和摩擦系数对简支梁桥纵向地震碰撞反应的影响规律。研究结果表明:横向地震作用会增大简支梁邻梁间纵向地震碰撞次数和碰撞力,降低墩底纵向剪力;为减小地震碰撞反应,设计时可适当增大支座半径和支座摩擦系数。     

地震作用下曲线梁桥双向碰撞作用影响分析

碰撞作用直接影响到桥梁不同构件的地震响应,是桥梁抗震研究中一直关注的问题。针对地震作用下曲线梁桥因主梁面内转动而发生主梁与切向桥台和径向挡块碰撞的现象,以1座3跨预应力混凝土连续梁桥为例,采用非线性时程分析方法,对曲线连续梁桥的双向碰撞作用影响进行研究,并分析了不同减撞措施的效果。结果表明:考虑双向碰撞作用后,下部结构响应有明显增加,主梁转动现象变得复杂,曲线梁桥地震响应分析中应通过建立精细化模型来考虑主梁双向碰撞作用的影响;在切向桥台处设置限位拉锁装置能起到较好的减轻双向碰撞作用的影响,以及采用减隔震设计后,减撞效果更明显,桥梁抗震性能明显改善,但合理减撞措施设计参数应结合曲线梁桥约束体系及结构设计参数进行体系分析确定。     

地震作用下双薄壁高墩刚构桥桥台处的碰撞效应及减碰措施

针对双薄臂高墩连续刚构桥两侧桥台处主梁与背墙的碰撞现象,基于桥台-背土作用简化模型和Kelvin碰撞模型,采用非线性时程法研究碰撞对双薄臂墩地震剪力、弯矩、曲率和位移,以及支座纵向变形的影响。提出可牺牲背墙、阻尼器、加强型横系梁等三种减碰措施,并对比分析其减碰效果。研究表明:碰撞会显著增大高墩的地震内力和曲率响应,降低墩顶位移和支座的纵向变形;碰撞刚度的变化对碰撞效应的影响在20%以内;可牺牲背墙和阻尼器两种减碰措施均可大幅降低桥墩的地震内力和曲率,使其接近不考虑碰撞时的状态,阻尼器同时还可以保护支座不超过容许变形,而可牺牲背墙则会导致支座的地震破坏;加强型横系梁不能发挥减碰作用,反而会增大桥墩的地震响应。     

海底地震动作用下近海桥梁地震响应研究

以某近海大桥引桥段连续梁桥为工程背景,建立考虑海底地震动特性和腐蚀效应的近海桥梁地震反应分析模型。采用增量动力分析方法分析腐蚀效应以及海底地震动作用对近海桥梁地震响应的影响。研究结果表明:腐蚀效应与海底地震动作用都会不同程度影响近海桥梁结构的抗震性能。其中:腐蚀效应会增大近海桥梁的破坏指标,降低最大墩底剪力和弯矩值,从而降低桥梁的抗震性能;海底地震动作用会增大近海桥梁的破坏指标及最大墩底剪力、弯矩值;在2种因素耦合作用下,桥梁的抗震性能将会进一步降低。